劉湘桂 韋琦 武永亮

摘 要：AAR M-1002是北美鐵道協(xié)會(huì)（Association of American Railroads）關(guān)于罐車(chē)的設(shè)計(jì)、制造的標(biāo)準(zhǔn)。本文主要簡(jiǎn)要介紹了北美一種罐車(chē)內(nèi)罐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)內(nèi)罐工藝重點(diǎn)、難點(diǎn)進(jìn)行了分析，通過(guò)分析設(shè)計(jì)了卷板工藝、對(duì)筒工藝、埋弧焊工藝、熱處理工藝重點(diǎn)工序的生產(chǎn)工藝方案，通過(guò)樣車(chē)試制及小批量生產(chǎn)滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)及質(zhì)量要求。

關(guān)鍵詞：北美罐車(chē);移動(dòng)壓力容器;內(nèi)罐;AAR TC128 GR BN;制造工藝

中國(guó)分類(lèi)號(hào)：TB472 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編碼：1672-7053（2018）06-0140-02

AAR M-1002是北美鐵道協(xié)會(huì)（Association of American Railroads）關(guān)于罐車(chē)的設(shè)計(jì)、制造的標(biāo)準(zhǔn)，只有符合該標(biāo)準(zhǔn)的鐵路罐車(chē)才能在北美地區(qū)運(yùn)營(yíng)。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的罐車(chē)均為內(nèi)、外雙層罐體，內(nèi)罐是車(chē)輛主要受力部件，不僅承受介質(zhì)壓力還承受列車(chē)縱向牽引、壓縮力，是車(chē)輛核心部件。本文介紹罐車(chē)的是由某中美國(guó)合資公司設(shè)計(jì)，符合AAR標(biāo)準(zhǔn)、容積為25500加侖（美加侖）的鐵路罐車(chē)，主要用于原油運(yùn)輸。

1罐車(chē)內(nèi)罐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

容積25，500加侖罐車(chē)內(nèi)罐由罐體組成、墊板組成、加熱管、人孔、安全閥等組成（見(jiàn)圖1），其中罐體兩個(gè)封頭和6個(gè)單筒組成錐度約為1.2。的錐罐。

封頭采用AAR TC128 GR BN高強(qiáng)度壓力容器用鋼，封頭壁厚12.7mm，通過(guò)機(jī)加工將成型過(guò)程產(chǎn)生的板厚不均加工階梯過(guò)渡。單筒采用AAR TC128 GR BN高強(qiáng)度壓力容器用鋼，單筒壁厚14.3mm，周邊加工帶鈍邊的×型破口。墊板組裝主要由牽枕墊板、底架附屬件墊板等組成，材料為12.7mm厚度的ASTMA572 TYPE2 GR65板材。加熱管為冷彎U型鋼，材質(zhì)為ASTMA36，壁厚為3mm。人孔主要材料為ASTM A569，壁厚20mm，內(nèi)徑514mm，主要材料成分見(jiàn)表1，機(jī)械性能見(jiàn)表2。

2工藝重點(diǎn)、難點(diǎn)分析

內(nèi)罐組成由兩個(gè)直筒半罐傾斜1.2°組裝而成，直罐相對(duì)錐筒工藝制作簡(jiǎn)單，故整罐組裝工藝劃分為兩個(gè)直筒半罐生產(chǎn)完成后進(jìn)行組裝，從而確定該工藝的難點(diǎn)如下：

1）圓度控制。根據(jù)AAR M-1002附錄E《設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)》1.3.3條款規(guī)定，國(guó)度不大于內(nèi)徑差1%，即2.8mm。同時(shí)圓度質(zhì)量直接影響對(duì)筒質(zhì)量，造成簡(jiǎn)體錯(cuò)牙偏差過(guò)大。

2）對(duì)筒質(zhì)量控制。根據(jù)AAR M-1002附錄E及附錄W要求，對(duì)筒后錯(cuò)牙不超過(guò)2mm，對(duì)接焊縫間隙不大于1mm，由于單筒工件大，重量重，采用常規(guī)對(duì)筒方式很難控制質(zhì)量。

3）內(nèi)罐對(duì)接焊縫質(zhì)量控制。內(nèi)罐罐體所有的對(duì)接焊縫均符合AWS D15.2，焊接后需要×一射線探傷，探傷結(jié)果符合AAR M-1002附錄W，為提高焊縫合格率，需要制定合理的焊接參數(shù)。如圖2。

3內(nèi)罐工藝研究

針對(duì)上述難點(diǎn)，定制了若干臺(tái)外箍式箍圓機(jī)控制單筒圓度及對(duì)筒質(zhì)量，同時(shí)前期進(jìn)行了大量焊接試驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上選定焊縫坡口形式確定焊接參數(shù)，具體工藝如下：

1）內(nèi)罐工藝流程。根據(jù)罐車(chē)內(nèi)罐組成制造工藝特點(diǎn)和工藝分析，確定內(nèi)罐工藝流程如圖3。其研究重點(diǎn)有卷板工藝、對(duì)筒工藝、埋弧焊工藝、熱處理工藝、水壓試驗(yàn)。

2）卷板工藝。單筒用數(shù)控等離子下料切割，控制切割邊緣直線度不大于1mm，對(duì)角線差不大于3mm，保證單筒卷板后端面平面度。卷板時(shí)采用四輥卷板機(jī)，卷板前進(jìn)行預(yù)彎，減少卷板盲區(qū)直線段長(zhǎng)度，單筒焊接后采用復(fù)輥消除焊接變形及卷板盲區(qū)。

3）半罐對(duì)筒組對(duì)。采用外箍式箍圓機(jī)制作對(duì)筒組裝胎模，胎模首次運(yùn)行需要對(duì)其進(jìn)行標(biāo)定校驗(yàn)，要求同軸度不大于1mm，圓度不大于2mm，對(duì)筒時(shí)采用專(zhuān)用外箍式箍圓機(jī)將筒體對(duì)接區(qū)域箍圓，消除單筒在重力及卷板偏差作用下呈不規(guī)則橢圓型，并將圓度控制在2mm以?xún)?nèi)。利用油缸拉緊對(duì)筒對(duì)接間隙，保證錯(cuò)牙不大于2mm，對(duì)筒間隙不大于1mm，局部不大于3mm。

4）埋弧焊工藝。通過(guò)焊接試驗(yàn)，將單筒所有對(duì)接焊縫設(shè)計(jì)為×型坡口，選用AWS A5.23焊絲，焊絲直徑5mm，選用SWX120焊劑，具體焊接參數(shù)見(jiàn)表1，焊接前焊劑在350℃ -400℃溫度范圍烘干2小時(shí)，工件焊接前去除焊縫周邊50mm內(nèi)范圍油污、浮銹等，把焊縫周邊區(qū)域母材預(yù)熱至50℃ -100℃。

5）整罐對(duì)筒。整罐對(duì)筒在專(zhuān)用的偏心式對(duì)筒器上組對(duì)，組對(duì)前在半罐上打法線樣沖，組對(duì)時(shí)利用升降式滾輪架調(diào)整兩個(gè)半罐的法線對(duì)齊，誤差不超過(guò)3mm，并且控制罐體錐度在1.2+0.015°范圍，用外箍式箍圓機(jī)將簡(jiǎn)體對(duì)接區(qū)域箍圓、拉緊，保證錯(cuò)牙不大于2mm，對(duì)筒間隙不大于1mm，局部不大于3mm。

6）人孔、安全閥安裝孔切割及組焊。人孔、安全閥安裝孔切割采用樣板劃線，用割炬手工切割，切割后用角磨機(jī)徹底清除氧化渣，并把斷面打磨露出金屬光澤。安裝時(shí)控制人孔、閥體于罐體間隙不大于1.6mm，局部不大于3mm，對(duì)于間隙在1.6～3mm之間的間隙先焊接打底，再進(jìn)行焊接，焊接參數(shù)見(jiàn)表3。

7）墊板組裝。墊板組裝考慮到成本因素，墊板采用折彎?rùn)C(jī)多道折彎。墊板組裝采用正裝，利用胎膜龍門(mén)下壓罐體，用頂升油缸使墊板于罐體密貼，要求墊板與罐體間隙小于1.6mm，如間隙超差，允許對(duì)墊板進(jìn)行加熱，加熱溫度不超過(guò)590℃，組裝合格后焊接，焊接參數(shù)見(jiàn)表3。

8）加熱管組焊。為了保證罐體旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)，設(shè)計(jì)的加熱管組裝胎模采用輪胎式滾輪架，加熱管組裝采用反裝，組裝前采用樣板劃線，利用胎模龍門(mén)風(fēng)缸下壓加熱管與罐體密貼，要求加熱管與罐體間隙小于1.6mm，組裝合格后焊接，焊接參數(shù)見(jiàn)表3。

9）射線探傷工藝。半罐探傷采用實(shí)時(shí)成像方式對(duì)環(huán)焊縫和縱焊縫進(jìn)行探傷，整罐探傷采用雙壁單影分段拍照成像，拍照劃分64段，保證無(wú)焊縫死角。拍照探傷結(jié)果符合AAR M 1002附錄W，如不符合需記錄缺陷的位置、類(lèi)型、長(zhǎng)度等信息。

10）熱處理工藝。根據(jù)AAR M1002附錄W第1 7條要求，內(nèi)罐熱處理工藝如下：（1）熱處理采用臺(tái)式退火熱處理爐，使用專(zhuān)用的支撐架罐體避開(kāi)明火直接接觸，并讓罐體受熱更均勻。（2）利用罐板邊角余量制作2件300×600mm焊接試板，焊接試板焊接工藝與罐板對(duì)接焊縫工藝一致，放在罐體附近，一同熱處理。（3）初次使用熱處理爐必須將熱徹底處理烘干，罐體進(jìn)爐初始溫度不超過(guò)427℃，加熱溫度控制在593℃—677℃之間，保溫1.5小時(shí)～2小時(shí);冷卻時(shí)控制降溫不超過(guò)278℃/小時(shí)，冷卻溫度低于220℃后可以出爐在無(wú)風(fēng)的室內(nèi)冷卻，具體熱處理曲線見(jiàn)圖4。

11）水壓試驗(yàn)。水壓試驗(yàn)采用離心泵對(duì)內(nèi)罐注水，水溫不超過(guò)37.8℃，注滿(mǎn)水后用工藝法蘭密封.根據(jù)AAR M-1002第Ⅲ要求靜止放置30分鐘，檢查無(wú)滲水。再用注射泵對(duì)罐體加壓至414kpa，保壓10分鐘，檢查無(wú)滲水，合格后將罐體內(nèi)水利用離心泵抽至下一個(gè)待檢內(nèi)罐。

4總結(jié)

通過(guò)該罐車(chē)試制及小批量生產(chǎn)，所生產(chǎn)的內(nèi)罐均符合AARM-1002各項(xiàng)要求，同時(shí)也存在以下不足：（1）人孔、安全閥安裝孔采用手工劃線切割，切割表面質(zhì)量差，導(dǎo)致打磨工作量大影響了質(zhì)量和效率。在批量生產(chǎn)時(shí)可以設(shè)計(jì)專(zhuān)用仿形切割設(shè)備，提高切割質(zhì)量;（2）內(nèi)罐罐體對(duì)接焊縫偶發(fā)隨機(jī)出現(xiàn)氣孔，原因不明確，有待大批量時(shí)繼續(xù)追蹤解決。

參考文獻(xiàn)

[1]中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì)編.焊接手冊(cè)第3卷焊接結(jié)構(gòu)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001，8.

[2] Manual of Standards and Recommended Practices Section C-Ⅲ Safety and Operations Specifications for Tank Cars.50 F Street，N W.， Washington，D. C. 20001-1564.